α-Synuclein (α-syn) amyloid fibril, as the major component of Lewy bodies and pathological entity spreading in human brain, is closely associated with Parkinson’s disease (PD) and other synucleinopathies. Several single amino-acid mutations (e.g. E46K) of α-syn have been identified causative to the early onset of familial PD. Here, we determined the cryo-EM structure of a full-length α-syn fibril formed by N-terminal acetylated E46K mutant α-syn (Ac-E46K). The fibril structure represents a new fold of α-syn, which demonstrates that the E46K mutation breaks the electrostatic interactions in the wild type (WT) α-syn fibril and thus triggers the rearrangement of the overall structure. Furthermore, we show that the Ac-E46K fibril is less resistant to harsh conditions and protease cleavage, and more prone to be fragmented with a higher capability of seeding fibril formation than that of the WT fibril. Our work provides a structural view to the severe pathology of the PD familial mutation E46K of α-syn and highlights the importance of electrostatic interactions in defining the fibril polymorphs.

Post-translational modifications (PTMs) of α-synuclein (α-syn), e.g. phosphorylation, play an important role in modulating α-syn pathology in Parkinson's disease (PD) and α-synucleinopathies. Accumulation of phosphorylated α-syn fibrils in Lewy bodies and Lewy neurites is the histological hallmark of these diseases. However, it is unclear how phosphorylation relates to α-syn pathology. Here, by combining chemical synthesis and bacterial expression, we obtained homogeneous α-syn fibrils with site-specific phosphorylation at Y39, which exhibits enhanced neuronal pathology in rat primary cortical neurons. We determined the cryo-EM structure of pY39 α-syn fibril, which reveals a new fold of α-syn with pY39 in the center of the fibril core forming electrostatic interaction network with eight charged residues in the N-terminal region of α-syn. This structure composed of residues 1-100 represents the largest α-syn fibril core determined so far. This work provides structural understanding on the pathology of pY39 α-syn fibril, and highlights the importance of PTMs in defining the polymorphism and pathology of amyloid fibrils in neurodegenerative diseases.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Tau hyper-phosphorylation and deposition into neurofibrillary tangles have been found in brains of patients with Alzheimer's disease (AD) and other tauopathies. Molecular chaperones are involved in regulating the pathological aggregation of phosphorylated Tau (pTau) and modulating disease progression. Here, we report that nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT), a well-known NAD synthase, serves as a chaperone of pTau to prevent its amyloid aggregation in vitro as well as mitigate its pathology in a fly tauopathy model. By combining multiple approaches, we revealed that NMNAT adopts its enzymatic pocket to specifically bind the phosphorylated sites of pTau, which can be competitively disrupted by the enzymatic substrates of NMNAT. Moreover, we found that NMNAT serves as a co-chaperone of Hsp90 for the specific recognition of pTau over Tau. Our work uncovers a dedicated chaperone of pTau and suggests NMNAT as a key node between NAD metabolism and Tau homeostasis in aging and neurodegeneration.